Introducción
⌅Históricamente, la biomasa forestal y los residuos de los cultivos agrícolas han sido ampliamente utilizados como combustible para la producción de calor en hogares residenciales, panaderías, herrerías y otros sectores (Martínez, 2009Martínez, S. (2009). Evaluación de la biomasa como recurso energético renovable en Cataluña [Tesis Doctoral, Universitat de Girona]. https://dugi-doc.udg.edu/handle/10256/4849 ). Este uso ha sido especialmente relevante en contextos rurales, donde estas fuentes de energía han cubierto necesidades básicas de manera sostenible. Su importancia radica en su disponibilidad y en su papel como recurso energético accesible.
De acuerdo con los informes de la FAO (1991)FAO. (1991). Memoria de la Consulta de expertos sobre el empleo de combustibles derivados de la Madera en las Industrias Rurales de América Latina. Costa Rica, FAO/RLAC., el consumo de leña en las industrias rurales de los países en vías de desarrollo ha experimentado un incremento constante. Este aumento ha reforzado el papel de la biomasa forestal y de los residuos agrícolas como fuentes de combustible esenciales para satisfacer la demanda energética en estas regiones. A pesar de su relevancia, estas fuentes de energía aún no han sido aprovechadas en su totalidad.
La producción y comercialización sostenible de bioenergía ofrece nuevas oportunidades para mejorar la calidad de vida de la población rural en los países en desarrollo. Este sector demanda una gran cantidad de mano de obra, lo que contribuye a la generación de empleo (A. I., 1983A. I. (1983). Importancia de la Biomasa en el desarrollo de la Agricultura de América Latina. 67.). Sin embargo, es fundamental conocer la disponibilidad real de estas materias primas para planificar su aprovechamiento integral y sustentable, lo cual requiere de inventarios precisos (Bailey, 1970Bailey, G. R. (1970). A Simplified Method of Sampling Logging Residue. The Forestry Chronicle, 46(4), 288-303. https://doi.org/10.5558/tfc46288-4 ).
En la práctica productiva, una de las preguntas clave para realizar un inventario forestal eficiente es definir el tamaño y el número adecuado de parcelas a establecer. Estos parámetros influyen directamente en la precisión de los resultados y en los costos asociados al proceso. Por lo tanto, su determinación debe basarse en un análisis cuidadoso de las condiciones del bosque y de los recursos disponibles.
El tamaño óptimo de la parcela depende de factores como la estructura del bosque, incluyendo el tamaño, la densidad y el grado de agregación de los árboles. Además, el número de parcelas y los costos asociados están relacionados con la variabilidad entre las parcelas y la precisión que se desea alcanzar. Estos aspectos deben ser considerados para garantizar la representatividad y la eficiencia del inventario.
En Cuba, la experiencia acumulada en la ejecución de inventarios forestales a nivel nacional sugiere que el establecimiento de 100 parcelas puede ser suficiente para cubrir las variaciones del sitio y el desarrollo histórico del rodal en un tipo específico de bosque o plantación (Montalvo et al., 2015Montalvo, J. M., Bravo, J., Casanova, A., & Suárez, T. (2015). Código de Parcelas de Muestreo Permanente. Instituto de Investigaciones Agro-Forestales.). Esta recomendación aplica siempre que no exista evidencia de patrones de crecimiento diferenciados en alguna parte de la zona estudiada. En este contexto, es más importante lograr una cantidad adecuada de parcelas que seguir una intensidad de muestreo predefinida, independientemente de la variabilidad de la masa boscosa.
En el caso específico de los inventarios y la cuantificación de la biomasa aérea de Dychrostachys cinerea var. Africana Brenan & Brummitt (marabú), definida por Greuter & Rankin (2017)Greuter, W., & Rankin, R. (2017). Plantas vasculares de Cuba. Inventario preliminar. Botanischer Garten und Botanisches Museum Berlin. Berlín, Alemania. Jardín Botánico Nacional, Universidad de La Habana, Cuba, 78., este principio también es válido. Para esta especie, se recomienda el establecimiento de 90 parcelas de muestreo (Vidal et al., 2018Vidal, A., García, T., Bravo, J. A., Toirac, W., Hernández, A., Delgado, M., Álvarez, Y., Batista, F., Valle, M., Padrón, R., Paredes, L., & Risco, R. (2018). Metodología para la caracterización tecnológica e inventario de las áreas cubiertas de marabú con fines energéticos. Certificación de Registro del Senda: 2692 - 08 - 2028.). Este enfoque permite obtener datos representativos que facilitan la planificación del aprovechamiento de esta biomasa.
En los inventarios de vegetación con fines energéticos, es crucial definir con precisión el comportamiento del diámetro en la base de la especie por categorías de marabú y rangos diamétricos. Esta información es esencial para seleccionar las tecnologías adecuadas para el aprovechamiento y la entrega de la biomasa a las bioeléctricas, ya sea triturada o sin triturar. Además, permite optimizar los procesos de transformación y uso final de este recurso.
En el caso de la entrega de esta materia prima a centros de acopio y producción de carbón vegetal, esta información resulta imprescindible para el diseño o ajuste de hornos metálicos u otros tipos de hornos. El objetivo es producir carbón vegetal que cumpla con los estándares de calidad exigidos tanto por el mercado nacional como internacional. Por lo tanto, la precisión en la medición y el análisis de los datos es fundamental para garantizar la eficiencia del proceso.
El objetivo del presente estudio fue evaluar el comportamiento del diámetro en la base del marabú por categorías y rangos diamétricos en áreas inventariadas para su aprovechamiento con fines energéticos. Este análisis se llevó a cabo en el municipio “Carlos Manuel de Céspedes”, ubicado en la provincia de Camagüey, Cuba. Los resultados obtenidos buscan contribuir a la optimización del uso de esta biomasa como fuente de energía renovable.
Materiales y métodos
⌅Características del área de estudio
⌅El área general objeto de estudio se localiza en las coordenadas 21° 34’ de latitud norte y 78° 17’ de longitud oeste. El relieve de la zona es predominantemente llano, caracterizado por la presencia de llanuras calizas, planicies de rocas serpentinosas e ígneas, y suelos pardos carbonatados. La temperatura máxima registrada es de 30,6 °C, mientras que la mínima alcanza los 20,5 °C.
Colecta de datos
⌅El estudio se basó en los datos obtenidos del inventario de marabú realizado en el municipio “Carlos Manuel de Céspedes” (Vidal et al., 2015Vidal, A., Bravo, J. A., Hernández, A., García, T., Valle, T., & Pi, D. (2015). Inventario para el aprovechamiento de las áreas cubiertas de la vegetación de Dychrostachys cinerea var. Africana Brenan & Brummitt (Marabú) pertenecientes al municipio “Carlos Manuel de Céspedes”, provincia Camagüey. Memorias, 46.). La información recopilada incluyó datos de tres localidades dentro del mismo municipio, los cuales se resumieron en la Tabla 1.
| Categoría de marabú | Marabú Fino | Marabú Medio | Marabú Grueso |
|---|---|---|---|
| Provincia | Camagüey | Camagüey | Camagüey |
| Municipio | C. M. de Céspedes | C. M. de Céspedes | C. M. de Céspedes |
| Localidad | La Lola | Nazareno Norte | Rincón Hondo |
| Tenencia | Pecuario | Pecuario | UEB Florida |
| Tipo de inventario | De Aprovechamiento | De Aprovechamiento | De Aprovechamiento |
| Número de parcelas Inventariadas | 20 | 40 | 30 |
| Tamaño de la parcela | 25 m2 | 25 m2 | 25 m2 |
| Forma de la parcela | Cuadrada | Cuadrada | Cuadrada |
| Altura sobre el nivel del mar | 56-73 m | 60-78 m | 52-66 m |
| Altura media de los arbustos | 1.95 m | 5,9 m | 7,85 m |
| Diámetro medio en la base de los arbustos | 2,36 cm | 3,72cm | 9,39 cm |
| Biomasa aérea total verde con corteza equivalente/ha | 19,81 ton/ha | 42,63 ton/ha | 204,11ton. |
| Área efectiva ocupada dentro del municipio | 59,77 ha | 13911,56 ha | 1690,81 ha |
| Biomasa aérea total verde con corteza, total | 1184,0 t - 1184,0 ton | 593049,8 ton | 345111,23 ton |
| Biomasa aérea verde con corteza, de Fuste equivalente/ha | 11,92 ton/ha | 17,68 ton/ha | 39,43 ton/ha |
| Biomasa aérea verde con corteza, total de Fuste. | 712, 45 ton | 245 956,38 ton | 666 68, 63 ton |
| Biomasa aérea verde con corteza, de Rama equivalente/ha | 14,80 ton/ha | 31,30 ton/ha | 143,65 ton/ha |
| Biomasa aérea verde con corteza, total de Rama. | 884, 59 ton | 435431,82 ton | 242884,85 ton |
Tamaño de la muestra, su distribución y método de muestreo
⌅Se evaluaron 90 parcelas temporales de muestreo, cada una de forma cuadrada con dimensiones de 5 x 5 metros (25 m²). Estas parcelas se distribuyeron a una distancia de 40 a 50 metros entre sí, se consideraron las categorías de marabú y sus características edafoclimáticas. Se empleó un muestreo aleatorio simple, estableciendo puntos de muestreo en función del área efectiva ocupada por cada categoría.
-
Para el marabú fino (dbase ≤ 3,0 cm), se establecieron 20 parcelas en los 4 puntos de mayor concentración de estos arbustos, con características de sitio diferentes.
-
Para el marabú medio (dbase ≤ 3,1 cm ≤ 8,0 cm), se dispusieron 40 parcelas en los 8 puntos de mayor concentración, también con características de sitio variadas.
-
Para el marabú grueso (dbase ˃ 8,0 cm), se levantaron 30 parcelas en los 3 puntos de mayor concentración, considerando igualmente diferencias en las características del sitio.
Cálculo del diámetro medio de los arbustos por categoría de marabú
⌅El diámetro medio de los arbustos se determinó para cada categoría de marabú, con los datos obtenidos en las parcelas de muestreo. Este cálculo permitió establecer una base para la estimación de la biomasa aérea. Se definió a partir de la fórmula:
Donde
: diámetro medio
: diámetro de cada árbol
: número de observaciones
Cálculo de la biomasa aérea verde total y por componentes de marabú con corteza por hectárea
⌅La biomasa aérea verde con corteza se calculó a partir de los diámetros medios y los modelos matemáticos desarrollados por (Bravo, Vidal, Hernández, Peña, et al., 2015, J. A., Vidal, A., Hernández, A., Peña, Y., Valle, L. M., Padrón, P. J., Padrón, P. R., & Paredes, L. (2015). Estimación de la biomasa aérea total verde con corteza de la vegetación de Dychrostachys cinerea var. Africana Brenan & Brummitt (Marabú). Memorias, 23.; Bravo, Vidal, Hernández, Toirac, et al., 2015Bravo, J. A., Vidal, A., Hernández, A., Toirac, W., & Peña, Y. (2015). Estimación de la biomasa de rama verde de la vegetación de Dychrostachys cinerea var. Africana Brenan & Brummitt (Marabú). Memorias, 22.) y Vidal et al. (2015)Vidal, A., Bravo, J. A., Hernández, A., García, T., Valle, T., & Pi, D. (2015). Inventario para el aprovechamiento de las áreas cubiertas de la vegetación de Dychrostachys cinerea var. Africana Brenan & Brummitt (Marabú) pertenecientes al municipio “Carlos Manuel de Céspedes”, provincia Camagüey. Memorias, 46.. Los modelos utilizados fueron los siguientes:
Donde: BATVcc, BAFVcc y BARVcc son biomasa aérea total verde con corteza, biomasa aérea verde con corteza de fuste y biomasa aérea verde con corteza de rama por ha respectivamente; dbase: diámetro medio de los arbustos y los coeficientes ajustados de los modelos fueron 1,5522; 1,6667; 1,7347; 0,8661; 1,2814 y 1,6458.
Cálculo de la biomasa aérea verde total y por componentes con corteza, por categorías de marabú
⌅La biomasa aérea verde total y por componentes se calculó mediante la multiplicación de los valores obtenidos en los modelos matemáticos por el área efectiva correspondiente a cada categoría de marabú.
Definición del número de arbustos por m² y por hectárea, por categorías de marabú
⌅Evaluación del comportamiento del diámetro en la base con corteza del marabú
⌅-
La evaluación incluyó el 100% de los arbustos medidos en las 90 parcelas, clasificados por categorías de marabú y rangos diamétricos.
-
Para el marabú fino, se establecieron 4 rangos diamétricos: 0-1 cm, 1,1-2 cm, 2,1-3 cm y mayor de 3,0 cm.
-
Para el marabú medio, se definieron 5 rangos: menor de 3,0 cm, 3,0-4,6 cm, 4,61-6,32 cm, 6,33-8,0 cm y mayor de 8,0 cm.
-
Para el marabú grueso, se establecieron 5 rangos: menor de 8,0 cm, 8,0-9,6 cm, 9,61-11,2 cm, 11,21-12,81 cm y mayor de 12,81 cm.
Procesamiento de la información
⌅El análisis de los datos se realizó mediante un enfoque cuantitativo-cualitativo, según las recomendaciones de Kuznicev (1982)Kuznicev, I. N. (1982). Métodos de evaluación aplicados a las investigaciones tecnológicas forestales. Editorial Moscú.. Para ello, se utilizó el software estadístico IBM SPSS Statistics, versión 22.0 del año 2013.
Resultados y discusión
⌅El estudio del comportamiento del diámetro en la base del marabú fino, medio y grueso se desarrolló en áreas cubiertas por esta vegetación en las localidades "La Lola", "Nazareno del Norte" y "Rincón Hondo", pertenecientes al municipio "Carlos Manuel de Céspedes". Los resultados obtenidos mostraron valores de 2,96; 2,95 y 1,2 plantas/m² para marabú fino, medio y grueso, respectivamente. Estas cifras equivalen a 29 600; 29 500 y 12 000 plantas/ha, como se detalla en la Tabla 2.
Estos datos son de gran relevancia para definir el tipo de cuchillas o martillos que deben emplearse en los órganos de corte de las máquinas de operaciones múltiples. Su elección depende del aprovechamiento del marabú para la producción de energía eléctrica y de la frecuencia requerida para el afilado y la vida útil de estas herramientas. Además, el número de arbustos por hectárea que se deben triturar determina el tipo de cuchillas o martillos a utilizar, así como la frecuencia de cambio, según las normas de consumo establecidas por los fabricantes.
| Parámetros calculados | Marabú Fino | Marabú Medio | Marabú Grueso | % |
|---|---|---|---|---|
| Número de plantas/m2 | 2,96 | 2,95 | 1,2 | - |
| Número de plantas/ha | 29 600 | - | ||
| Número total de plantas para las 20 parcelas evaluadas: | 1480 | - | - | 100 |
| De ellas, en el rango de 0-1cm | 172 | - | - | 11,61 |
| En el rango de 1,1 - 2,0 cm | 332 | - | - | 22,44 |
| En el rango de 2,1 - 3,0 cm | 346 | - | 23,40 | |
| En el rango ˃ 3,0 cm | 630 | - | - | 42,55 |
| Número total de plantas para las 40 parcelas evaluadas: | - | 2950 | - | 100 |
| De ellas, en el rango ˂ 3 cm | - | 1317 | - | 44,64 |
| En el rango de 3,0 - 4,6 cm | 1145 | 38,81 | ||
| En el rango de 4,61 - 6,32 cm | - | 364 | - | 12,35 |
| En el rango de 6,33 - 8,0 cm | - | 108 | - | 3,66 |
| En el rango ˃ 8,0 cm | - | 16 | - | 0,54 |
| Número total de plantas para las 30 parcelas evaluadas: | - | - | 900 | 100 |
| De ellas, en el rango ˂ 8,0 cm | - | - | 365 | 40,56 |
| En el rango de 8,0 - 9,6 cm | - | - | 205 | 22,78 |
| En el rango de 9,61 - 11,2 cm | - | - | 150 | 16,66 |
| En el rango de 11,21 - 12, 81 cm | - | - | 122 | 13,61 |
| En el rango ˃ 12,81 | - | - | 58 | 6,39 |
En el caso del marabú fino, se evaluaron un total de 1480 plantas, lo que representa el 100% de la muestra. De estas, 172 plantas (11,62%) corresponden al rango de 0-1 cm; 332 (22,43%) al rango de 1,1-2,0 cm; 346 (23,40%) al rango de 2,1-3,0 cm; y 630 (42,55%) al rango > 3,0 cm, como se muestra en la Figura 1. Del análisis se deduce que la mayor parte de la población (57,45%) se encuentra dentro de la categoría de marabú evaluada, mientras que una porción significativa (42,55%) excede el rango establecido. Este comportamiento es típico de las formaciones naturales de marabú, ya que su desarrollo no sigue un patrón uniforme.
Desde el punto de vista energético, esta categoría de marabú es adecuada para la producción de energía eléctrica. Esto se debe a que su pequeño diámetro medio en la base del arbusto no garantiza la obtención de carbones de buena calidad ni de alta demanda, como se ha documentado en estudios previos (A. I., 1983A. I. (1983). Importancia de la Biomasa en el desarrollo de la Agricultura de América Latina. 67.; FAO, 1991FAO. (1991). Memoria de la Consulta de expertos sobre el empleo de combustibles derivados de la Madera en las Industrias Rurales de América Latina. Costa Rica, FAO/RLAC.). Por lo tanto, su uso en la generación de energía resulta más eficiente y sostenible.
En el caso del marabú medio, se evaluó un total de 2950 plantas, lo que representa el 100% de la muestra. De estas, 1317 plantas (44,64%) corresponden al rango de menos de 3 cm, mientras que 1145 plantas (38,81%) se encuentran en el rango de 3,0 a 4,6 cm. Además, 364 plantas (12,33%) pertenecen al rango de 4,61 a 6,32 cm, 108 plantas (3,66%) al rango de 6,33 a 8,0 cm, y 16 plantas (0,54%) superan los 8,0 cm (Figura 2). La mayor parte de la población (54,82%) se encuentra dentro de la categoría establecida para este tipo de marabú, aunque una porción significativa (44,64%) está por debajo de este rango y una pequeña fracción (0,54%) lo supera. Esta categoría de marabú se considera adecuada para su uso completo en la producción de energía eléctrica (A. I., 1983A. I. (1983). Importancia de la Biomasa en el desarrollo de la Agricultura de América Latina. 67.).
Por otro lado, en el caso del marabú grueso, se analizaron 900 plantas, que equivalen al 100% de la muestra. De estas, 365 plantas (40,56%) corresponden al rango de menos de 8,0 cm, mientras que 205 plantas (22,78%) se ubican en el rango de 8,0 a 9,6 cm. Asimismo, 150 plantas (16,66%) pertenecen al rango de 9,61 a 11,2 cm, 122 plantas (13,61%) al rango de 11,21 a 12,81 cm, y 58 plantas (6,39%) superan los 12,81 cm (Figura 3). En este caso, la mayor parte de la población (59,44%) se encuentra dentro de la categoría establecida, aunque un 40,56% está por debajo de este rango. Esta categoría de marabú se recomienda para su uso completo en la producción de carbón vegetal en hornos tradicionales o metálicos, ya que genera un carbón de alta calidad muy demandado y valorado en los mercados nacional e internacional (FAO, 1983FAO. (1983). Métodos Simples para Fabricar Carbón Vegetal. Estudios FAO (Monte).).
Como se observa en los tres casos analizados, más del 54,82 % de la población evaluada cumple con los rangos diamétricos establecidos para cada categoría de marabú, lo que confirma su valor de uso práctico. No obstante, existe una proporción menor, correspondiente al 45,18 %, que se sitúa por debajo o por encima de estos rangos. Esta variabilidad se atribuye al crecimiento natural del marabú, el cual se desarrolla en condiciones edafoclimáticas diversas, un comportamiento característico de formaciones arbóreas de este tipo, tal como ocurre en los bosques naturales distribuidos a lo largo del país.
La distribución adecuada de las 90 parcelas temporales de muestreo dentro del área de estudio aseguró la calidad del análisis del comportamiento del diámetro en la base del marabú con corteza. Este análisis se realizó considerando categorías y rangos diamétricos, aspectos que también han sido tomados en cuenta por otros autores en inventarios de bosques naturales y plantaciones forestales. Dichos estudios han sido desarrollados con el objetivo de aprovechar estos recursos para fines similares (Montalvo et al., 2015Montalvo, J. M., Bravo, J., Casanova, A., & Suárez, T. (2015). Código de Parcelas de Muestreo Permanente. Instituto de Investigaciones Agro-Forestales.).
Conclusiones
⌅-
El estudio del comportamiento del diámetro en la base del marabú con corteza, efectuado por categorías y rangos diamétricos, resultó ser un elemento esencial en la definición del uso adecuado de su biomasa total o por componentes para la producción de energía eléctrica o carbón vegetal y para la selección de tecnologías sustentables y respetuosas del medio ambiente en su aprovechamiento y es de fácil manejo práctico.
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Los rangos diamétricos establecidos por categorías de marabú en el presente estudio, pueden ser ajustados en función con los objetivos energéticos perseguidos y las especificaciones técnicas de las tecnologías y técnicas de producción de carbón que se dispongan o se proyecten implementar en el país, a corto y mediano plazos.
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La definición del número de plantas/m2 existentes en las áreas cubiertas por marabú, obtenida en el proceso de su inventario, tiene gran importancia práctica en la definición de los tipos de cuchillas y/o martillos a emplear en los órganos de corte de las máquinas de operaciones múltiples empleadas para su aprovechamiento y en la definición de la frecuencia de su afilado y su vida útil, y en el caso de empleo de motosierras, en la determinación del tipo de cadena a emplear y también de la frecuencia de su afilado y vida útil, acorde con las normas de consumo establecidas por sus fabricantes.